Введение к работе
Актуальность проблемы.
Карбонатная система Мирового океана играет важную роль в регулировании накопления углекислого газа (ССЪ) атмосферой и, как следствие этого, в формировании климата планеты.
Учитывая глобальный характер потепления, Межправительственная океанографическая комиссия (МОК) разработала концепцию и стратегию создания Глобальной системы наблюдений за климатом, цель которой - осуществить мониторинг и прогноз изменений в планетарной экосистеме. Исходя из этого, комитет МОК по климатическим изменениям и океану (ККИО), формулируя основные направления деятельности, выделил как наиболее приоритетную, вслед за разделом "Развитие системы наблюдения за океаном", проблему "Круговорот двуокиси углерода".
Реакция океанической циркуляции на уменьшение широтного градиента температуры в результате глобального потепления климата может привести к непредсказуемым изменениям в структуре химических и биологических полей Мирового океана. Поэтому особенно важно проследить тенденции трансформаций полей элементов карбонатной системы в последние десятилетия.
Мировой океан считается (Гидрохимические процессы в океане, 1985, Tans et. al.,1990) в целом поглотителем двуокиси
углерода и одним из основных звеньев буферной системы планеты, регулирующим содержание СОг в атмосфере. В полярных районах океана наблюдается круглогодичное поглощение СОг (инвазия), в субарктических районах направление потока СОг изменяется по сезонам, субтропики по последним данным являются одним из основных районов переноса СС>2 из поверхностных слоев в глубины океана, а экваториальная зона считается источником СОг (эвазии). Однако, даже на уровне оценки глобальных потоков СО2 , точки зрения различных авторов расходятся. Так, например, абсолютные значения годового поступления СОг в Мировой океан из атмосферы по Ляхину (1985) в три раза меньше, чем по Иваненкову (1985) а годовое выделение СОг из Мирового океана в атмосферу - почти в 12 раз. Причины этих различий -значительная изменчивость полей содержания двуокиси углерода в различных зонах океана, недостаточное количество прямых измерений, ошибки расчетов элементов карбонатной системы и отсутствие унифицированных методов климатических обобщений (особенно для рСОг - парциального давления двуокиси углерода).
Для определения статистически обоснованных режимных характеристик элементов карбонатной системы и оценки потоков СОг необходимо располагать достаточно полным підролого-гидрохимическим массивом, данными прямых измерений рСОг, информацией о циркуляционной
структуре исследуемой зоны. Этим условиям удовлетворяет Тропическая зона Атлантического океана (ТЗАО).
Тропическая зона Атлантики представляет для исследований особый интерес как энергоактивная зона, динамическая структура с развитой системой поверхностных, подповерхностных течений и вергентных зон. Эта зона исследовалась в специальных научных экспедициях, и многими авторами проведен анализ имеющихся в этой зоне течений, термохалинных характеристик (Хлыстов, 1976, Белевич, 1979, World Ocean Atlas,1994 ). Об элементах же карбонатной системы, их пространственной и временной изменчивости, информации несравнимо меньше. Результаты научных рейсов (FOCAL, GEOSECS, рейсы ГОИНа ) дают детальную картину, но за короткий промежуток времени. В некоторых работах (Бубнов, 1996, Бордовский и др.,1995) дается представление о полях элементов карбонатной системы всего Атлантического океана, но данных было значительно меньше, и эти картины не достаточно детальны.
Цель работы - оценить поглощающую способность Тропической зоны Атлантического океана за последние десятилетия. Для этого необходимо решить следующие задачи:
- по всем имеющимся данным измерений температуры, солености, рН и щелочности за период с 20-х по 90-е годы, выполнить климатические обобщения элементов карбонатной
системы в исследуемой зоне, при этом максимально использовать имеющиеся данные прямых измерений pCOj для калибрации расчетных методов и для дополнения в обобщениях,
- провести детальный анализ пространственной и
временной (внутригодовой и межгодовой) изменчивости
элементов карбонатной системы, включая рСОг, в слое 0-1000м
Тропической Атлантики в полосе 10ю.ш.- 20с.ш.,
считая известным наличие трендов рСОг в атмосфере, выяснить, есть ли тренды в межгодовой изменчивости рСОг,
оценить потоки COj на границе "океан-атмосфера" в исследуемой зоне.
На зашиту выносятся следуюпгие положения:
1. Достигнута детализация статистически значимых
пространственно-временных неоднородностеи распределения
рСС>2 в Тропической зоне Атлантического океана на основе
наиболее полного исторического массива данных.
-
Установлено существование в большинстве областей исследуемой зоны статистически значимых трендов рСОг, различных по характеру: убывающих и возрастающих. Проведено сопоставление с трендами рСОг в атмосфере.
-
Проведена количественная оценка потоков СОг на границе океан-атмосфера в Тропической зоне Атлантического океана по сезонам года с учетом того, что за период от 60-х до
90-х гг. конфигурации и поглощающая способность областей инвазии и эвазии изменяются.
Научная новизна работы.
В предыдущих исследованиях пространственного
распределения рСС>2 в Мировом океане, как правило,
значения рСОг рассчитывались исходя из предварительно
осредненных значений температуры, солености, рН и
карбонатной щелочности (Бубнов, 1996), что было вызвано
ограниченным объемом данных и несинхронностыо их
измерений. При расчетах многие параметры
реконструировались. Применение такого подхода не совсем корректно в связи с нелинейностью зависимости рССЬ от рН. В данной работе рассчитывались индивидуалыше значения рСОг по данным измерений температуры, солености и рН, выполненных одновременно (в одной съемке).
Проведено статистическое обоснование
пространственно-временных неоднородностеи климатических обобщений элементов карбонатной системы за последнее тридцатилетие. При этом использовался наиболее полный массив гидрохимических данных, что позволило обеспечить большую пространственную детализацию (карты построены на сетке 5x5 градусов , а не 10x10 (Бордовский и др., 1995). Анализ полученных характеристик и их доверительных интервалов показал ряд особенностей в распределении рССЬ, не известных ранее: зоны высоких и относительно низких
значнений, определяющих источник и сток СОг на границе "океан-атмосфера", меняющие характер и конфигурацию от сезона к сезону.
Впервые исследовались тренды за период с 60-х по 90-е годы в каждом квадрате исследуемой зоны, представлены статистически значимые тренды. Установлено, что общей тенденции в Тропической зоне не существует, зоны убывающих и возрастающих трендов перемежаются по акватории. Детальное рассмотрение картины позволяет проследить сложную динамику процессов поглощения из атмосферы и выделения из океана в атмосферу 0( во времени и в пространстве.
Произведена количественная оценка средних потоков углекислого газа на границе океан-атмосфера, приведенная к среднему значению рС02 в атмосфере за рассматриваемый период. Определены источниковые и стоковые составляющие общего потока СОг на границе океан-атмосфера в ТЗАО с учетом количественных и качественных изменений поглощающей способности зон океана в пространстве и времени, что уточняет оценки предьщущих исследований. Полученные результаты можно обобщить на любой период времени; дается прогноз характера процессов в изучаемой зоне Атлантического океана на ближайшие годы. Практическая значимость.
Полученные в работе результаты позволят оценить вклад Тропической зоны Атлантики :' при расчетах обмена СОг между океаном и атмосферой и общего баланса углерода в системе океан-атмосфера, прогнозах изменений климата в связи с увеличением СО2 в атмосфере и планировании дальнейших работ по мониторингу СО2 в Атлантике.
Структура и объем.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на ш страницах машинописного текста, содержит tQ/Ь названий литературы, .-53 рисунков.
